基于RAM和閃存的固態(tài)存儲(chǔ)一直以來都被業(yè)界認(rèn)為是解決性能問題的一劑良藥。對于性能問題，業(yè)界都會(huì)有這樣的困惑，即企業(yè)需要實(shí)現(xiàn)什么樣的性能，以及為實(shí)現(xiàn)這樣的性能，企業(yè)愿意付出多少投資?近些年來，由于閃存的使用壽命、可靠性的大幅提高以及購買成本的降低，固態(tài)存儲(chǔ)逐漸成為越來越多的數(shù)據(jù)中心用例的一個(gè)可行的選項(xiàng)。

一般來說，基于硅晶片的存儲(chǔ)系統(tǒng)要比那些依賴移動(dòng)機(jī)械部件的存儲(chǔ)能夠傳遞更高的性能。磁盤系統(tǒng)的性能是與磁盤的旋轉(zhuǎn)速度和驅(qū)動(dòng)器的速度成正比的。傳統(tǒng)的消費(fèi)類的SATA磁盤的運(yùn)行速率大約在5400RPM——7200RPM之間，而高端的、企業(yè)級的SAS(串行連接接口)硬盤的運(yùn)行速率可達(dá)15000RPM。眾所周知，高速率帶來的是更好的性能，但是對存儲(chǔ)的更高精度的要求意味著其成本也會(huì)越高。

當(dāng)然，用戶也可以通過增加磁盤的軸數(shù)，并通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出來解決一些性能的問題。而且，這時(shí)候IOPS(每秒I/O的運(yùn)行情況，也就是系統(tǒng)每秒鐘可以處理數(shù)據(jù)輸入和輸出的數(shù)量)和數(shù)據(jù)吞吐量(每秒鐘字節(jié)的傳輸數(shù)量)也會(huì)隨之增加。但是，無論磁盤的軸數(shù)增加多少，都無法改變磁盤旋轉(zhuǎn)的基本性能限制，因?yàn)榇疟P的旋轉(zhuǎn)速度存在延時(shí)性(即系統(tǒng)響應(yīng)每一個(gè)IO要求的所需要的時(shí)間)。

不過，延時(shí)性也是固態(tài)存儲(chǔ)的一個(gè)閃光點(diǎn)。一般來說，磁盤驅(qū)動(dòng)器的延時(shí)性是以毫秒來計(jì)算的，而RAM和閃存的延時(shí)性則是以微妙來計(jì)算的。關(guān)于響應(yīng)時(shí)間，閃存要比磁盤存儲(chǔ)快100倍，而RAM比閃存還要快很多倍。但是，相比之下RAM的價(jià)格也比閃存貴很多倍，對于業(yè)界來說，閃存則處于最優(yōu)性價(jià)比位置。如果，用戶既要求速度，又想節(jié)省成本的話，那么閃存可謂是一個(gè)最佳選擇。

最終的結(jié)果是，閃存以物美價(jià)廉的絕對優(yōu)勢拿下了數(shù)據(jù)中心。目前，許多企業(yè)級存儲(chǔ)供應(yīng)商將基于閃存的SSD(固態(tài)存儲(chǔ))整合到其現(xiàn)有的SAN和NAS產(chǎn)品中，由此高性能的全閃存存儲(chǔ)陣列投放到市場，而閃存也被用于在服務(wù)器上讀、寫緩存，以減少負(fù)擔(dān)過重的SAN的負(fù)載壓力。對于某些應(yīng)用來說，閃存可以幫助它們解決很多問題，以下就是閃存可以幫助解決的一些問題：

OLTP(網(wǎng)上交易流程)：一般來說，大容量的交易流程中都包含了數(shù)量非常多的操作。閃存可以有效地幫助提升大容量交易的流程，以及每個(gè)交易流程的反應(yīng)時(shí)間。

OLAP：商業(yè)智能應(yīng)用通常利用多維度、多方面的查詢?nèi)シ治龃罅康臄?shù)據(jù)，而閃存則非常適用于處理大量的以讀操作為主的I/O。

數(shù)據(jù)挖掘：有時(shí)候，數(shù)據(jù)集過多導(dǎo)致無法完全存儲(chǔ)在SSD中，閃存就會(huì)通過存儲(chǔ)索引表的方式來加速查詢。

虛擬化：隨著越來越多的工作負(fù)載從物理服務(wù)器中轉(zhuǎn)移到虛擬服務(wù)器中，單一的虛擬主機(jī)的性能主要體現(xiàn)在處理能力、可用的存儲(chǔ)空間和磁盤的速度上。IOPS非凡的性能加上閃存的低延時(shí)性可以使單一服務(wù)器能夠支持更多的虛擬機(jī)。

服務(wù)器整合：同樣，在虛擬環(huán)境中，利用閃存來引導(dǎo)磁盤存儲(chǔ)可以提高單個(gè)虛擬機(jī)的響應(yīng)效率，同時(shí)也可以轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能負(fù)擔(dān)。

VDI：虛擬桌面基礎(chǔ)設(shè)施的啟動(dòng)蘊(yùn)藏著巨大的潛力，但是對于很多企業(yè)來說它似乎并沒有實(shí)現(xiàn)它該有的效果。閃存可以解決VDI比較突出的一些問題，如“啟動(dòng)風(fēng)暴”——大量用戶在同一時(shí)間試圖登錄他們的虛擬桌面導(dǎo)致輸入和輸出數(shù)量激增。

SAN卸載：就像前面提到的，許多頂級的存儲(chǔ)供應(yīng)商將閃存整合到他們的產(chǎn)品中，主要包括兩種形式，即混合的磁盤+存儲(chǔ)和全閃存配置。使用SSD可以非常有效地提高SAN的性能，主要表現(xiàn)在IOPS、吞吐量和延時(shí)性等幾方面。

簡單地說，閃存可以使應(yīng)用運(yùn)行地更快。當(dāng)應(yīng)用存儲(chǔ)在閃存中，它可以啟動(dòng)地更加快速。任何一個(gè)依賴于多模塊的應(yīng)用從閃存中載入記憶時(shí)，其性能就會(huì)明顯增強(qiáng)。閃存可以減少I/O的瓶頸，這些瓶頸會(huì)造成CPU運(yùn)行周期的浪費(fèi)，并導(dǎo)致應(yīng)用的功能運(yùn)行不良。閃存還可以提供更多的好處，比如通過擴(kuò)展相同應(yīng)用的性能以滿足更高的需求。

閃存的另一個(gè)優(yōu)勢是，相對于磁盤它擁有更小的硬件腳本。用戶可以通過增加磁盤的軸數(shù)來增加旋轉(zhuǎn)磁盤的吞吐量，但是它將需要更多的磁盤驅(qū)動(dòng)，以便從單一的閃存SSD中得到同樣的IOPS和吞吐量。而閃存可以顯著地減少磁盤所需要的數(shù)量，這樣就會(huì)節(jié)省很多存儲(chǔ)空間。

此外，閃存設(shè)備比其他類似的存儲(chǔ)設(shè)備能夠節(jié)省大量的電力，這大大減少了企業(yè)的總體運(yùn)行成本。由此可以看到，閃存確實(shí)擁有諸多的優(yōu)勢，既能比磁盤提供更大的性能，又能夠在相對較短的工作時(shí)間內(nèi)節(jié)省動(dòng)力和成本。

要想真正弄懂和利用閃存的這些優(yōu)勢，首先需要明白數(shù)據(jù)是如何被存儲(chǔ)，如何被檢索，以及如何從NAND閃存上抹去的。

閃存解讀

計(jì)算機(jī)是由處理器、記憶、I/O和存儲(chǔ)這些基本的組件構(gòu)成。認(rèn)真研究記憶的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)它有兩種基本類型：易失的和非易失的。這兩種記憶類型的根本區(qū)別在于，當(dāng)電源停止時(shí)這兩種記憶類型的表現(xiàn)。當(dāng)沒有電源供應(yīng)時(shí)，易失記憶會(huì)丟失其內(nèi)容，而非易失記憶則仍然會(huì)保存其內(nèi)容。當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)首次接入電源時(shí)，它會(huì)從存儲(chǔ)在ROM的非易失記憶中讀取指令。

閃存就類似于EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)的一個(gè)延伸版，同時(shí)閃存也從用于指令的邏輯單元中產(chǎn)生了兩種基本類型：NAND和NOR。NOR閃存對于每個(gè)單一設(shè)備都需要兩個(gè)物理連接，即使這樣做會(huì)減少單一設(shè)備的存儲(chǔ)功能，但是它可以有效地訪問數(shù)據(jù)，就像易失電腦記憶一樣。所以，NOR閃存對于可執(zhí)行代碼和嵌入式應(yīng)用來說是一個(gè)理想選擇。

NAND記憶體是最常見的一種閃存，通常用于閃存卡、U盤和固態(tài)驅(qū)動(dòng)，它可以以大區(qū)塊進(jìn)行讀取和抹寫，因此也稱為pages。NAND閃存設(shè)備相比NOR閃存設(shè)備能夠存儲(chǔ)更多的信息，因?yàn)榇鎯?chǔ)單元的區(qū)塊只需要少量的連接來讀取和抹寫數(shù)據(jù)。

由于NAND閃存工作的性質(zhì)，新的文件系統(tǒng)、存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的方式突然出現(xiàn)。傳統(tǒng)文件系統(tǒng)一般采用的是一種隨機(jī)的接入方式，而NAND閃存則更適合按順序抹寫的數(shù)據(jù)流。如果利用NAND進(jìn)行隨機(jī)接入的話，將需要一定的存儲(chǔ)空間以保證其正常工作，也就是閃存記憶體控制器發(fā)揮作用的地方。這一控制器復(fù)雜的程度與消費(fèi)級和企業(yè)級的設(shè)備有著本質(zhì)上的區(qū)別。

閃存記憶使用單元格的概念，并將其劃分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)最低的級別。SLC和MLC是兩種不同的NAND閃存存儲(chǔ)器。SLC(單層式存儲(chǔ))利用一組晶體管來存儲(chǔ)少量數(shù)據(jù)(即一位數(shù)據(jù)或零位)，而MLC(多層式存儲(chǔ))每一個(gè)單元?jiǎng)t可以存儲(chǔ)兩位數(shù)據(jù)，MLC的數(shù)據(jù)密度要比SLC的數(shù)據(jù)密度大一倍。

MLC和TLC(三層存儲(chǔ)單元)其每個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)三類信息，閃存的密度有所提升，但這也是利弊兼有，高密度同時(shí)也伴隨著性能、可寫入次數(shù)和使用壽命的消耗。

SLC是閃存中最可靠的一種存儲(chǔ)類型，因?yàn)槊恳粋€(gè)存儲(chǔ)單元只儲(chǔ)存了一個(gè)單一比特的數(shù)據(jù)信息。考慮到寫入周期的數(shù)目，SLC閃存的耐力等級近似于MLC的十倍，因此記憶體在其不能有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之前，仍然可以應(yīng)付目前其所面臨的一些挑戰(zhàn)。而且，由于SLC利用了許多晶體管以儲(chǔ)存同等數(shù)量的數(shù)據(jù)，因此其抹寫的速度要比MLC快三到五倍。不過，在讀取方面，SLC和MLC設(shè)備的性能相差無幾。

傳統(tǒng)的NAND閃存設(shè)備組都轉(zhuǎn)換成了頁面和區(qū)塊，一個(gè)頁面NAND閃存是讀取和抹寫的數(shù)據(jù)量中最小的可尋址數(shù)據(jù)，其能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量的范圍大概在512比特到8192比特之間。一塊NAND閃存，它是可被刪除的最小數(shù)據(jù)量，可能會(huì)小到10頁，但是在某些大型設(shè)備中其能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也可以達(dá)到128KB?？梢悦黠@看到，不同程度的抹寫和刪除是如何影響性能的，而且無論何時(shí)控制器都需要重新安排存儲(chǔ)在設(shè)備上的數(shù)據(jù)。

NAND閃存設(shè)備設(shè)計(jì)方式的一個(gè)副作用是考慮最小化存儲(chǔ)單元的數(shù)量，而這些存儲(chǔ)單元必須要同時(shí)抹寫或者刪除數(shù)據(jù)。與磁盤存儲(chǔ)不同，NAND閃存設(shè)備需要以一個(gè)線性的流程來進(jìn)行抹寫和刪除數(shù)據(jù)。這樣的一個(gè)直接結(jié)果就是，需要將數(shù)據(jù)從一個(gè)地點(diǎn)遷移到另一地點(diǎn)，以便回收空間，這一過程被稱為自動(dòng)程序清理(garbage collection)。

與自動(dòng)程序清理關(guān)系最接近的另外一個(gè)現(xiàn)象被稱為寫入放大率，如果特定設(shè)備的抹寫請求所需要的空間比該設(shè)備現(xiàn)有的可用的空間要大的話，那么就會(huì)出現(xiàn)延遲，而控制器將通過自動(dòng)程序清理重新安排空間，由此這些數(shù)據(jù)就可以存儲(chǔ)在新的、已清理干凈的存儲(chǔ)單元上。企業(yè)級的閃存設(shè)備一般都會(huì)在設(shè)備中存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，同時(shí)也會(huì)額外保存一部分容量，單獨(dú)供應(yīng)自動(dòng)程序清理流程使用。

由于閃存擁有更多自由的存儲(chǔ)單元而避免了“抹寫困境”，因此相對于磁盤存儲(chǔ)來說，閃存的性能更能保持始終如一的狀態(tài)。隨著磁盤上的數(shù)據(jù)越來越碎片化，磁盤存儲(chǔ)的性能逐漸下降，而閃存并沒有這樣的問題。

但是閃存存儲(chǔ)單元隨著時(shí)間的推移也會(huì)喪失它們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，而且一些存儲(chǔ)單元的損耗比其他的要快。在整個(gè)設(shè)備中推廣存儲(chǔ)單元應(yīng)用的一種方法是在閃存控制器中采用損耗平衡的算法，以減少每組存儲(chǔ)單元寫入周期的數(shù)目。而這就是超額配置發(fā)揮作用的地方，即不能使用的存儲(chǔ)單元會(huì)被標(biāo)記出來，而可用的存儲(chǔ)單元?jiǎng)t會(huì)執(zhí)行存儲(chǔ)任務(wù)。

整合到控制器里的超額配置和智能化是區(qū)分企業(yè)級存儲(chǔ)設(shè)備與消費(fèi)級存儲(chǔ)設(shè)備之間有所不同的標(biāo)志，同時(shí)企業(yè)級設(shè)備也會(huì)采用更加復(fù)雜的錯(cuò)誤更正算法，這不僅能夠提高數(shù)據(jù)的整合度，同時(shí)也可以延長設(shè)備的使用周期。

最佳方案：服務(wù)器與存儲(chǔ)的混合陣列

盡管閃存可能更適合讀取數(shù)據(jù)(而不是抹寫)，閃存抹寫數(shù)據(jù)需要由大量的平行存儲(chǔ)途徑進(jìn)行輔助，但它仍然比硬盤驅(qū)動(dòng)的速度要快。相比旋轉(zhuǎn)型磁盤，閃存擁有更高的IOPS和更大的吞吐量，以及更低的延時(shí)性。一般來說，判斷閃存設(shè)備的性能也是基于這三方面。

考慮到閃存的一個(gè)單通道的吞吐量就能達(dá)到800MBps，計(jì)算機(jī)與閃存記憶體之間的潛藏的瓶頸就是設(shè)備界面。SATA III界面的最大速度可達(dá)6Gbps(600MBps)，而SAS的速度也達(dá)到了6Gbps，同時(shí)SAS 12Gbps的設(shè)備也剛剛推出。在每秒支持多個(gè)字節(jié)的轉(zhuǎn)換速率中，PCIe(串行總線)可以為閃存設(shè)備提供一個(gè)更高的性能。

毫無疑問，PCIe閃存設(shè)備可以促進(jìn)數(shù)據(jù)中心對于閃存使用的需求，它們可以用來解決一些服務(wù)器端的性能問題。PCIe閃存板上利用PCIe的一個(gè)狹槽安裝了一個(gè)服務(wù)器，這種設(shè)備可以直接進(jìn)入到計(jì)算機(jī)的外圍總線，并可以傳遞出更高的吞吐量。

針對傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)磁盤，要解決其性能局限的一種方法就是將閃存作為一個(gè)緩存來進(jìn)行讀取和抹寫的操作。目前的硬盤驅(qū)動(dòng)模型一般在其設(shè)備上都有緩存，但是在整個(gè)磁盤空間中緩存只占一小部分。而且它不足以進(jìn)行更大的讀取和抹寫的操作，或者實(shí)現(xiàn)智能緩存。將服務(wù)器端的閃存(PCIe閃存卡或者SSD)和智能緩存軟件結(jié)合起來，是利用固態(tài)存儲(chǔ)最有效且節(jié)省成本的一種方式。

同樣地，SSD在磁盤陣列中被用于讀取和抹寫緩存，在分級存儲(chǔ)系統(tǒng)中SSD作為新的“0級”被廣泛采用。許多高端存儲(chǔ)供應(yīng)商在其產(chǎn)品中添加了分層的功能，但是這一過程可能會(huì)需要很長時(shí)間。針對特定的應(yīng)用，可以使用速度更快的閃存以傳遞更高的性能，同時(shí)可以將性能要求較低的數(shù)據(jù)遷移到運(yùn)行速度比較慢的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)上。據(jù)悉，這一概念已整合到Windows Server 2012的操作系統(tǒng)中。

最終，全SSD存儲(chǔ)系統(tǒng)使得整體吞吐量達(dá)到了一個(gè)前所未有的級別，同時(shí)也為所有的應(yīng)用和使用該系統(tǒng)的用戶保證了低延遲性。多數(shù)情況下，由于SSD存儲(chǔ)的成本較高，同時(shí)業(yè)界也普遍存在這樣的想法，即認(rèn)為全閃存解決方案對于用戶實(shí)際需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來說可能供大于求，所以IT操作會(huì)首先避免使用全SSD存儲(chǔ)系統(tǒng)。事實(shí)上，雖然用戶在初次購買全閃存系統(tǒng)時(shí)其成本可能會(huì)更高一些，但是從長遠(yuǎn)來看全閃存的操作成本基本與其他類型的存儲(chǔ)系列持平，因此在實(shí)際的應(yīng)用過程中用戶可能會(huì)更傾向于閃存。

從性能的角度來看，閃存的價(jià)格明顯比磁盤存儲(chǔ)的價(jià)格要高，企業(yè)級SSD的訂單價(jià)格是每千兆字節(jié)一般是1美元、2兩美元或者更高，而硬盤驅(qū)動(dòng)其每千兆字節(jié)的價(jià)格則少于10美分。即使存儲(chǔ)成本以每年30%的速度減少，但是要彌補(bǔ)差距，閃存還需要花上幾年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。

創(chuàng)建一種成本效益好且全閃存系統(tǒng)的關(guān)鍵是將低成本的消費(fèi)級設(shè)備和智能軟件堆棧結(jié)合起來，去解決那些之前需要在高端設(shè)備上解決的問題。許多供應(yīng)商提供的全閃存解決方案中使用傳統(tǒng)的處理方式進(jìn)行內(nèi)嵌重復(fù)數(shù)據(jù)復(fù)制處理和數(shù)據(jù)壓縮，以減少磨損，并延長MLC設(shè)備的使用壽命。

對于大多數(shù)企業(yè)的IT部門來說，應(yīng)用的種類及其所涉及的范圍非常廣泛，同時(shí)其對性能的要求也是多種多樣，在可預(yù)見性的未來，服務(wù)器端的閃存和混合陣列將成為利用閃存的一種最佳方式。這兩種方式都將給特定的應(yīng)用帶來更高的性能，同時(shí)不需要購買更多價(jià)格更高，而且用戶可能也不是很需要的閃存解決方案。

河南億恩科技股份有限公司(mszdt.com)始創(chuàng)于2000年，專注服務(wù)器托管租用，是國家工信部認(rèn)定的綜合電信服務(wù)運(yùn)營商。億恩為近五十萬的用戶提供服務(wù)器托管、服務(wù)器租用、機(jī)柜租用、云服務(wù)器、網(wǎng)站建設(shè)、網(wǎng)站托管等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)，另有網(wǎng)總管、名片俠網(wǎng)絡(luò)推廣服務(wù)，使得客戶不斷的獲得更大的收益。
服務(wù)器/云主機(jī) 24小時(shí)售后服務(wù)電話：0371-60135900
虛擬主機(jī)/智能建站 24小時(shí)售后服務(wù)電話：0371-55621053
網(wǎng)絡(luò)版權(quán)侵權(quán)舉報(bào)電話：0371-60135995
服務(wù)熱線：0371-60135900